КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ ПРИ ЛЕЧЕНИИ БОЛИ, СВЯЗАННОЙ С МЕЖПОЗВОНОЧНЫМ ДИСКОМ

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Данное изобретение имеет отношение к лечению боли, связанной с межпозвоночным диском, например боли в нижней части спины, хронической боли в нижней части спины, боли в шее, хронической боли в шее и кокцигодинии (боли в области копчика) и композиции для применения при лечении боли, связанной с межпозвоночным диском.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Боль в нижней части спины, например хроническая боль в нижней части спины, является широко распространенным заболеванием, которое поражает около 80% взрослого населения в течение их жизни. Боль в нижней части спины представляет собой не конфетное заболевание с известной патофизиологией, а скорее симптом со многими причинами. Известно, что согласно оценкам непосредственная причина, такая как опухоль, перелом или инфекция, определена только у приблизительно 5%-10% больных. В остальных 90%-95% случаев боль в нижней части спины является идиопатической, т.е. неясного происхождения.

Структура в спине, которая, по-видимому, главным образом ответственна за образование боли в нижней части спины, относится к межпозвоночному диску. Межпозвоночный диск расположен между двумя соседними позвонками. Межпозвоночный диск, как правило, гибок и обеспечивает возможность подвижности между соседними позвонками. Он формируется с помощью кольца соединительной ткани, которая, главным образом, состоит из коллагена, и полужидкого центра, состоящего из, например, коллагена и протеогликанов. Кольцо называется фиброзным кольцом, и центр называется пульпозным ядром.

Уже в возрасте 20-30 лет межпозвоночный диск человека начинает подвергаться старению, процесс часто называемый дегенерацией диска. Во время процесса старения межпозвоночный диск может протекать или выпячиваться (образовывать грыжу) и вызывать симптомы, такие как боль в нижней части спины и пояснично-крестцовый радикулит. Старение межпозвоночного диска обычно заканчивается в возрасте 60-80 лет. На данном этапе межпозвоночный диск был преобразован в твердую и плотную соединительную ткань. Если это происходит, межпозвоночный диск обычно уже не будет вызывать симптомы, поскольку маловероятна утечка или выпячивание (образование грыжи). Старение межпозвоночного диска также влечет за собой уменьшение его высоты и снижение подвижности позвоночника.

Известно, что дегенерация диска вызывает трещины фиброзного кольца, что создает возможность для контакта между центром межпозвоночного диска и наружной поверхностью фиброзного кольца. Таким образом, вещества, такие как вызывающие воспаление агенты, могут просачиваться из центра межпозвоночного диска на наружную поверхность фиброзного кольца. Рецепторы, которые, как правило, являются молчащими и размещаются на наружной поверхности фиброзного кольца, затем могут активироваться агентами, вызывающими воспаление, обычно присутствующими в центре межпозвоночного диска во время его дегенерации. Этот механизм предлагается в качестве одного из механизмов, ответственных за боль в нижней части спины.

Другой механизм, о котором полагают, что он ответственен за боль в нижней части спины, заключается в том, что могут иметь место вновь сформированные кровеносные сосуды и нервы, которые растут от наружной поверхности фиброзного кольца в центр межпозвоночного диска через трещины фиброзного кольца. Предполагается, что эти нервы могут вызывать боль, когда межпозвоночный диск смещается и оказывает давление на нервы.

Одна общая методика для лечения боли в нижней части спины заключается в хирургической стабилизации вертебрального сегмента, включающего межпозвоночный диск, если межпозвоночный диск, по всей видимости, вызывает боль. Логическое обоснование состоит в уменьшении смещений вызывающего боль межпозвоночного диска для того, чтобы избежать прорастание сдавленных нервов и предотвратить боль. Данное хирургическое лечение является, однако, инвазивным и не вполне удовлетворительным.

Другая предлагаемая методика для лечения боли в нижней части спины, точнее пояснично-крестцового радикулита, включает так называемый хемонуклеолиз, в котором фермент в виде инъекции вводят в межпозвоночный диск для того, чтобы растворить пульпозное ядро, тем самым снизив давление, оказываемое пульпозным ядром межпозвоночного диска, например, на нерв.

Далее, другая предлагаемая методика для лечения боли в нижней части спины состоит в восстановлении или регенерации межпозвоночного диска путем введения, например, выращенных клеток диска и стволовых клеток. Однако, представляется маловероятным, что лишенная питания среда в центре межпозвоночного диска сможет успешно обеспечить выживание вновь вводимых клеток.

Например, регенерация, вызванная фиброзирующим агентом, была раскрыта в WO 2005/046746. WO 2005/046746 относится, в частности, к способу, включающему введение в пространство межпозвоночного диска пациента, который нуждается в этом, терапевтически эффективного количества фиброзирующего агента или композиции, содержащей фиброзирующий агент. Фиброзирующий агент вызывает фиброзный ответ в пространстве межпозвоночного диска пациента, тем самым обеспечивая пациенту благоприятный исход. WO 2005/046746 также относится к инъекционной композиции, содержащей фиброзирующий агент и наполнитель.

Однако, в данной области по-прежнему существует необходимость в обеспечении безопасной и удовлетворительной методики для более успешного лечения боли в нижней части спины.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей настоящего изобретения является создание композиции для применения при лечении боли, связанной с межпозвоночным диском, как например, боли в нижней части спины, хронической боли в нижней части спины, боли в шее, хронической боли в шее и кокцигодинии (боли в области копчика).

Композиция для применения при лечении боли, связанной с межпозвоночным диском, может иметь состав, при котором ее можно вводить в терапевтически эффективном количестве с помощью локальной инъекции в межпозвоночный диск.

Сущность настоящего изобретения заключается в уменьшении боли, связанной с межпозвоночным диском, путем ускорения старения межпозвоночного диска, таким образом делая межпозвоночный диск более жестким, например, путем превращения межпозвоночного диска в твердую и плотную соединительную ткань. Превращение межпозвоночного диска в твердую и плотную соединительную ткань делает его более стабильным, и следовательно, межпозвоночный диск получает уменьшенный объем движения. Межпозвоночный диск, превращенный в твердую и плотную соединительную ткань, не позволит никакому жидкому компоненту просачиваться из дискового пространства, например, на наружную поверхность фиброзного кольца, и не позволит нервам отрастать в межпозвоночный диск.

Еще в 1959 году Карл Хирш (Carl Hirsch) в статье «Studies on the Pathology of Low Back Pain (Исследования патологии боли в нижней части спины)", опубликованной в журнале - The Journal of Bone and Joint Surgery, Vol. 41B, No. 2, p. 237-243, May 1959 - заявил, что: «когда-нибудь может быть найдено вещество, с помощью которого дегенерированный диск можно будет превратить в плотную соединительную ткань». Тем не менее, похоже, что никто до сих пор не представил такого вещества.

Создатель данного изобретения к удивлению обнаружил, что таким веществом может с успехом стать молочная кислота или ее фармацевтически приемлемая соль. Этот факт особенно удивителен с учетом предшествующего уровня техники, скорее сосредотачивающий внимание на уменьшении количества молочной кислоты или ее фармацевтически приемлемой соли внутри вызывающего боль межпозвоночного диска. Например, US 2012/0022425 A1 раскрывает способ уменьшения молочной кислоты в межпозвоночном диске путем введения инъекции ингибитора молочной кислоты в межпозвоночный диск для подавления продуцирования ее и, тем самым, облегчения боли в спине от ожога молочной кислотой. Кроме того, WO 2013/092753 A1 раскрывает соединение производных индола для подавления продуцирования лактата при лечении, например, хронической боли в спине.

Молочная кислота является карбоновой кислотой с химической формулой CH₃CH(OH)COOH. Как показано ниже в формуле (I), молочная кислота может в водном растворе отдать протон, принадлежащий ее карбоксильной группе, образуя ион лактата CH₃CH(OH)COO^-. Мольная доля молочной кислоты к лактату составляет 1:1.

Ион лактата может вместе с противоионом образовать фармацевтически приемлемую соль. Противоионом может быть ион металла, выбранный из группы, состоящей из ионов следующих элементов: Li, Be, Na, Mg, K и Ca. В альтернативном варианте, противоион может быть органическим ионом, таким как аммоний или холин. Молочная кислота или ее фармацевтически приемлемые соли естественным образом присутствуют в человеческом организме.

Было измерено, что концентрация иона лактата в тканевой жидкости поясничного межпозвоночного диска пациента с болью в спине, находилась в интервале от 1 ммоль/л до почти 12 ммоль/л, обычно в интервале от 2 ммоль/л до 6 ммоль/л. Эти измеренные величины представлены на стр. 5 и Фиг. 6 научной статьи "Oxygen and lactate concentrations measured in vivo in the intervertebral discs of patients with scoliosis and back pain (Концентрации кислорода и лактата, измеренные in vivo в межпозвоночных дисках пациентов со сколиозом и болью в спине)" by Bartels et al., опубликованной в Spine 23(1): pp. 1-8, 1998.

Как видно из таблицы 1, молекулярный вес иона лактата составляет 89,07 г/моль. Таким образом, молярная концентрация 1 ммоль иона лактата в 1 л тканевой жидкости в поясничном межпозвоночном диске соответствует концентрации по массе 89,07 мг/л. Аналогичным образом, молярная концентрация 12 ммоль иона лактата на литр тканевой жидкости в диске соответствует концентрации по массе 1067 мг/л.

У человека дисковое пространство поясничного межпозвоночного диска имеет объем, согласно оценкам, приблизительно от 1,5 мл до 3,0 мл.

С учетом вышеизложенного специалист в данной области может легко вычислить количество лактата в диске, выраженное в молях или граммах. Пример приводится в таблице 1.

Молочная кислота, ион лактата или ее фармацевтически приемлемая соль может отрицательно влиять на функцию клеток межпозвоночного диска, в частности, на клетки, которые продуцируют протеогликаны, необходимые для предохранения диска от старения.

Старение межпозвоночного диска инициируется пониженной подачей питательных веществ и кислорода при помощи диффузии из кровеносных сосудов в соседних позвонках и из окружающих структур. Это постепенно будет стимулировать накопление конечных продуктов обмена веществ в межпозвоночном диске, например, в пульпозном ядре. Одна разновидность конечного продукта обмена веществ, которая может присутствовать, является молочной кислотой и ее фармацевтически приемлемой солью.

Молочная кислота и ее фармацевтически приемлемые соли могут участвовать в нескольких механизмах, которые будут оказывать воздействие на клеточную смерть в межпозвоночных дисках, как например накопление внутриклеточного жира, митохондриальное набухание, агрегация хроматина и освобождение эксайтотоксичного глутамата.

Молочная кислота и ее фармацевтически приемлемые соли могут высвободить PGE₂, вызывая воспаление и продуцирование соединительной ткани. Кроме того, молочная кислота и ее фармацевтически приемлемые соли могут стимулировать высвобождение TGF-бета, который, в свою очередь, стимулирует фибробласты для продуцирования коллагена.

Молочная кислота и ее фармацевтически приемлемые соли могут также участвовать в диссеминированном внутрисосудистом свертывании и коагулопатии потребления, которая увеличивает тенденцию эритроцитов к агрегации, образуя «сладж крови», и делает эритроциты более устойчивыми, в свою очередь, увеличивая вязкость крови и отрицательно влияя на циркуляцию в малых сосудах.

Таким образом, увеличение концентрации молочной кислоты или ее фармацевтически приемлемых солей в межпозвоночном диске путем введения композиции, включающей молочную кислоту или ее фармацевтически приемлемую соль, в дисковое пространство межпозвоночного диска будет, тем самым, ускорять старение диска и вызывать превращение пульпозного ядра в соединительную ткань.

Старение межпозвоночного диска, включающее превращение пульпозного ядра в соединительную ткань, делает межпозвоночный диск более жестким, и введением композиции, содержащей молочную кислоту или ее фармацевтически приемлемую соль, старение может быть ускорено поддающимся регулированию путем. Обычно, концентрация молочной кислоты или ее фармацевтически приемлемой соли может увеличиваться в межпозвоночном диске, точнее в дисковом пространстве, с тем чтобы ускорить процесс старения.

Изобретатель нашел, что композиция, содержащая молочную кислоту или ее фармацевтически приемлемую соль, вызывает заметное превращение межпозвоночного диска, делая его, таким образом, более жестким. Заметное превращение было интерпретировано как ускоренное старение межпозвоночного диска путем превращения пульпозного ядра в соединительную ткань. Следовательно, изобретатель прогнозирует улучшение для больного в отношении боли, связанной с межпозвоночным диском, если композиция, содержащая молочную кислоту или фармацевтически приемлемую соль, вводится в пульпозное ядро межпозвоночного диска, вызывая увеличение концентрации молочной кислоты или ее фармацевтически приемлемой соли внутри дискового пространства.

Изобретатель прогнозирует улучшения для больного в отношении боли, связанной с межпозвоночным диском, такой как боль в шее, боль в нижней части спины или кокцигодинии, при введении молочной кислоты или ее фармацевтически приемлемой соли, или композиции, содержащей молочную кислоту или ее фармацевтически приемлемую соль, в дисковое пространство межпозвоночного диска, который, по меньшей мере частично, ответственен за боль, связанную с межпозвоночным диском.

В соответствии с первым аспектом изобретения предлагается композиция, которую применяют при лечении боли, связанной с межпозвоночным диском. Композиция содержит молочную кислоту или ее фармацевтически приемлемую соль. Композиция вводится в дисковое пространство, включающее пульпозное ядро межпозвоночного диска.

Композиция, которая применяется при лечении боли, связанной с межпозвоночным диском, может содержать по меньшей мере молочную кислоту и ее фармацевтически приемлемую соль. Фармацевтически приемлемая соль представляет собой фармацевтически приемлемую соль, содержащую ион лактата и противоположно заряженный ион.

Преимущества композиции, которую применяют при лечении боли, связанной с межпозвоночным диском, согласно данному изобретению заключаются в более безопасном и более эффективном лечении боли, связанной с межпозвоночным диском, которое кроме того, также является менее дорогостоящим и менее инвазивным, чем, например, хирургическое лечение, известное в существующем уровне техники. Кроме того, молочная кислота или ее фармацевтически приемлемые соли являются биосовместимыми. Организм позвоночных, как например человека, в состоянии обеспечить преобразование, такое как расщепление, молочной кислоты или ее фармацевтически приемлемых солей, поскольку эти соединения являются природными соединениями, такими как продукты жизнедеятельности, присутствующие в организме позвоночных.

Изобретатель предполагает, что пульпозное ядро в дисковом пространстве межпозвоночного диска может перейти в твердую и плотную соединительную ткань, похожую на соединительную ткань фиброзного кольца, если композиция, которую применяют при лечении боли, связанной с межпозвоночным диском, согласно данному изобретению вводится в пульпозное ядро. Например, во время превращения пульпозного ядра в соединительную ткань также может происходить свертывание крови, что делает межпозвоночный диск еще более твердым и плотным. Предполагают, что увеличенная жесткость приводит к снижению боли.

Согласно варианту осуществления изобретения, применяемая композиция вводится в количестве, эффективном для увеличения концентрации молочной кислоты или концентрации иона лактата от фармацевтически приемлемой соли в дисковом пространстве выше 12 ммоль/л.

Применяемая композиция может вводиться в количестве, эффективном для увеличения концентрации молочной кислоты или иона лактата в дисковом пространстве до концентрации выше, чем концентрация, наблюдаемая во время естественного старения.

Согласно варианту осуществления изобретения, применяется композиция, по любому из пп. 1 или 2, имеющая концентрацию молочной кислоты или концентрацию иона лактата фармацевтически приемлемой соли в композиции, составляющую по меньшей мере 12 ммоль/л, например, в диапазоне от 12 до 12000 ммоль/л, или от 100 до 10000 ммоль/л, или от 500 до 5000 ммоль/л, или от 800 до 2000 ммоль/л.

Согласно варианту осуществления изобретения, фармацевтически приемлемая соль представляет собой лактат любого из элементов, выбранных из группы, состоящей из щелочных металлов и щелочноземельных металлов. Например, фармацевтически приемлемая соль является по меньшей мере одной из группы: лактат лития, лактат натрия, лактат калия, лактат бериллия, лактат магния и лактат кальция.

Согласно варианту осуществления изобретения, фармацевтически приемлемая соль выбрана из группы, состоящей из лактата аммония, лактата холина, лактата лития, лактата натрия, лактата калия, лактата бериллия, лактата магния и лактата кальция.

Согласно варианту осуществления изобретения, применяемая композиция вводится в дисковое пространство межпозвоночного диска, являющегося одной из причин боли, связанной с межпозвоночным диском.

В одном из примеров, композиция, которую применяют, может вводиться в любой или во все межпозвоночные диски, которые, как полагают, являются причиной возникновения связанной с межпозвоночным диском боли.

Согласно варианту осуществления изобретения, молочная кислота или ее фармацевтическая приемлемая соль вводится с помощью локальной инъекции в дисковое пространство, включающее пульпозное ядро.

Локальная инъекция обычно может выполняться с помощью шприца.

Согласно варианту осуществления изобретения, молочная кислота вводится однократной дозой в диапазоне от 2 мг до 200 мг, например, от 5 мг до 200 мг, или от 10 мг до 100 мг, или от 10 мг до 50 мг, или от 15 мг до 30 мг. Однократная доза соответствует количеству молочной кислоты, вводимой в дисковое пространство.

Если вводится фармацевтически приемлемая соль, то ион лактата фармацевтической соли вводится в количестве, соответствующем однократной дозе молочной кислоты, приведенной выше, учитывая мольную долю молочной кислоты к иону лактата.

Согласно варианту осуществления изобретения, применяемая композиция, включающая молочную кислоту или ее фармацевтически приемлемую соль, вводится один раз в виде однократной дозы.

Согласно варианту осуществления изобретения, композиция находится в форме водного раствора, включающего упомянутую молочную кислоту или ее фармацевтически приемлемую соль.

Как правило, композиция для применения при лечении боли, связанной с межпозвоночным диском, используется в жидком состоянии, пригодном для локальной инъекции.

Согласно варианту осуществления изобретения, боль, связанная с межпозвоночным диском, выбрана из боли в шее, хронической боли в шее, боли в нижней части спины, хронической боли в нижней части спины и кокцигодинии.

В некоторых примерах композиция может дополнительно включать, по меньшей мере, один агент, выбранный из растворителей, стабилизаторов, буферов, регуляторов тоничности, объемообразующих препаратов, загустителей, средств снижающих вязкость, поверхностно-активных веществ, хелатирующих агентов, консервантов и вспомогательных веществ.

В альтернативном примере, производное молочной кислоты дополнительно или в качестве варианта может вводиться в виде пролекарства, как например этиллактата.

Для человека количество вводимой композиции может быть в диапазоне от 0,05 мл по 5 мл, например, от 0,1 мл до 3 мл, или например от 0,2 мл до 2 мл. Эти количества более или менее соответствуют объему пульпозного ядра человека. Для поясничного межпозвоночного диска количество вводимой композиции может быть приблизительно от 1,5 мл до 3,0 мл. Для шейного межпозвоночного диска количество вводимой композиции может приблизительно составлять 0,5 мл. Для копчикового отдела межпозвоночного диска количество вводимой композиции может приблизительно составлять 0,2 мл.

Под термином «один раз» здесь подразумевается одно посещение медицинского учреждения, например, во время визита к врачу, например, в стационарном лечебном учреждении. Визит может быть не более 24 часов, например, от 0,5 часа до 5 часов. Термин обычно, но не обязательно, означает, что однократную дозу вводят только в виде одной инъекции один раз. Однако термин охватывает также случаи, когда однократную дозу вводят один раз, но несколькими инъекциями, например, от 2 до 10 инъекций за один раз, например, от 2 до 5 инъекций за один раз.

Под термином «неоднократно» здесь подразумевается более, чем один визит, то есть некоторое количество визитов в медицинское учреждение, например, во время более, чем одного визита к врачу, например, в стационарном лечебном учреждении. Каждый визит может быть не более 24 часов, например, от 0,5 часа до 5 часов. Термин обычно, но не обязательно, означает, что однократную дозу вводят только в виде одной инъекции, но несколько раз. Однако термин охватывает также случаи, когда однократную дозу вводят неоднократно, но несколькими инъекциями, например, от 2 до 10 инъекций при каждом упомянутом повторном случае, например, от 2 до 5 инъекций при каждом упомянутом повторном случае.

Под термином «межпозвоночный диск» понимают элемент, лежащий между двумя соседними позвонками в позвоночнике. Каждый межпозвоночный диск формирует хрящевое соединение, допускающее слабое движение позвонков, и выступает в качестве связки, удерживая позвонки вместе. Межпозвоночный диск состоит из внешнего фиброзного кольца, которое окружает внутреннее пульпозное ядро. Позвоночник человека состоит из 23 межпозвоночных дисков: 6 в шее (шейный отдел позвоночника), 12 в центральной части спины (область грудной клетки) и 5 в нижней части спины (поясничная область). Кроме того, межпозвоночные диски также расположены между копчиковыми костями. Межпозвоночный диск может также называться диском.

Термин «пульпозное ядро» означает студнеобразное вещество в середине межпозвоночного диска. Пульпозное ядро состоит из клеток, подобных хондроцитам, фибрилл коллагена и аггреканов протеогликана, которые агрегируются посредством гиалуроновых цепей. К каждой молекуле аггрекана присоединены глюкозаминогликановые (glycosaminoglycan, GAG) цепочки хондроитинсульфата и кератансульфата. Пульпозное ядро действует как амортизатор и поддерживает два смежных позвонка разделенными.

Термин «фиброзное кольцо» означает пластинку фиброзной ткани и волокнистую хрящевую ткань, сформированную на окружности фиброзного кольца. Фиброзное кольцо способствует равномерному распределению давления по межпозвоночному диску.

Термин «дисковое пространство» означает пространство межпозвоночного диска, которое заполнено пульпозным ядром и которое имеет окружность, обозначенную фиброзным кольцом.

Термин «краниальная (черепная) концевая пластинка» означает поверхность межпозвоночного диска, обращенную к черепной коробке. Краниальная (черепная) концевая пластинка в отличие от каудальной концевой пластинки расположена на противоположной стороне межпозвоночного диска.

Термин «каудальная концевая пластинка» означает поверхность межпозвоночного диска, обращенную от черепной коробки. Каудальная концевая пластинка в отличие от краниальной (черепной) концевой пластинки расположена на противоположной стороне межпозвоночного диска.

Термин «фасеточный сустав» означает парную суставную структуру, обычно имеющую контактирующую поверхность, которая покрыта суставным хрящом. Фасеточный сустав обычно ограничен капсулой. Фасеточный сустав образует сочленение между суставными нижними отростками позвонков и суставными верхними отростками позвонков. Фасеточный сустав обычно сформирован для обеспечения возможности движения и обеспечения механической поддержки для позвоночного столба.

Термин «поперечный отросток» означает костное образование, которое простирается латерально от дуги позвонка с обеих сторон. Это также называется реберным отростком.

Термин «боль, связанная с межпозвоночным диском» здесь означает боль, относящуюся к боли, продуцируемой межпозвоночным диском. Боль, связанная с межпозвоночным диском, может быть болью, относящейся по меньшей мере к одному шейному позвонку (cervical vertebra, С), поясничному позвонку (lumbar vertebra, L), крестцовому позвонку (sacral vertebra, S) и копчиковому позвонку (coccygeal vertebra, Со). Примерами боли, связанной с межпозвоночным диском, могут быть: боль в нижней части спины, хроническая боль в нижней части спины, боль в шее, хроническая боль в шее и боль в области копчика.

Термин «хроническая боль в нижней части спины» означает боль в нижней части спины, когда симптомы имели место в течение более 12 недель.

Термин «хроническая боль в шеи» означает боль в шее, когда симптомы имели место в течение более 12 недель.

Термин «боль в области копчика» означает боль в копчике или в области копчика.

Термин «скованность при сгибании (сгибательная скованность)» здесь означает характеристику, описывающую скованность межпозвоночного диска, расположенного в сегменте позвоночника. Скованность при сгибании можно определить путем применения силы к сегменту позвоночника, пока он не достигнет полного угла бокового сгибания, и, впоследствии, измерения расстояния между поперечными отростками позвонков, расположенными на двух противоположных сторонах межпозвоночного диска, соответственно. Полный угол бокового сгибания определяется как состояние, при котором межпозвоночный диск сегмента позвоночника не может в дальнейшем подвергаться влиянию силы без разрушения сегмента позвоночника. Данная характеристика измеряется в миллиметрах. Скованность при сгибании представляет собой состояние, которое характеризует скованность при изгибе сегмента позвоночника и, более конкретно, скованность при изгибе межпозвоночного диска.

Жесткость при изгибе обычно определяется как пара сил, необходимая для сгибания нежесткой структуры в аппарате изгиба. Это мера жесткости структурного элемента: произведение модуля упругости и момента инерции, деленное на длину элемента. Другими словами, это соотношение напряжения к деформации в упругом материале, когда данный материал сгибается.

Согласно второму аспекту изобретения, предлагается способ лечения боли, связанной с межпозвоночным диском, путем введения терапевтически эффективного количества молочной кислоты или ее фармацевтически приемлемой соли в пульпозное ядро межпозвоночного диска пациента, нуждающегося в этом лечении. Эффекты и признаки этого второго аспекта данного изобретения аналогичны описанным выше в отношении первого аспекта настоящего изобретения.

Согласно третьему аспекту, предлагается применение молочной кислоты или ее фармацевтически приемлемой соли в производстве медикамента для лечения боли, связанной с межпозвоночным диском. Эффекты и признаки этого третьего аспекта данного изобретения аналогичны описанным выше в отношении предшествующих аспектов настоящего изобретения.

Согласно четвертому аспекту, предлагается молочная кислота или ее фармацевтически приемлемая соль для применения при лечении боли, связанной с межпозвоночным диском. Эффекты и признаки этого четвертого аспекта данного изобретения аналогичны описанным выше в отношении предшествующих аспектов настоящего изобретения.

Дополнительные отличительные признаки и преимущества данного изобретения станут очевидными при рассмотрении прилагаемой формулы изобретения и последующего описания. Специалист понимает, что различные отличительные признаки данного изобретения могут объединяться для создания вариантов осуществления изобретения, отличных от описанных в дальнейшем в пределах объема данного изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Эти и другие аспекты данного изобретения будут теперь описаны более детально со ссылкой на прилагаемые чертежи, показывающие вариант(ы) осуществления изобретения.

На Фиг. 1 схематически изображен поперечный срез позвоночника человека.

На Фиг. 2 схематично показан вид сбоку двух соседних позвонков позвоночника человека.

На Фиг. 3 схематично показана нижняя часть позвоночника человека, вид сбоку.

На Фиг. 4 схематично показан сегмент позвоночника, вид сзади.

На Фиг. 5 схематично показано, как измеряется переднезадняя длина поперечного сечения межпозвоночного диска.

На Фиг. 6 схематично показано, как измеряется билатеральная ширина поперечного сечения межпозвоночного диска.

На Фиг. 7 показано поперечное сечение трех межпозвоночных дисков и превращение пульпозного ядра в соединительную ткань в диске, осуществляемую с помощью композиции согласно варианту осуществления данного изобретения.

На Фиг. 8 показаны экспериментальные результаты по исследованию продуцирования коллагена в фибробластах при лечении молочной кислотой.

На Фиг. 9 показаны экспериментальные результаты по исследованию продуцирования коллагена в клетках пульпозного ядра при лечении молочной кислотой.

Как показано на фигурах, размеры слоев и областей для наглядности увеличены для иллюстрации общих структур вариантов выполнения данного изобретения. Одинаковые номера позиций везде относятся к одинаковым элементам.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

По мере того, как позвоночное стареет, его межпозвоночные диски претерпевают изменения. Эффект изменения заключается в том, что пульпозное ядро начинает терять воду, и концентрация протеогликанов в матрице уменьшается, приводя к уменьшению размера межпозвоночного диска. Другой эффект заключается в том, что фиброзное кольцо становится менее прочным и имеется повышенный риск разрыва. Изменения межпозвоночного диска могут быть причиной боли, связанной с межпозвоночным диском, например боли в шее, боли в нижней части спины или кокцигодинии (боли в области копчика) в состоянии до того, как межпозвоночный диск становится достаточно твердым и плотным.

Позвоночник позвоночных состоит из позвонков, которые окружают и защищают спинной мозг. У людей позвоночник находится в спинной части туловища. Между двумя соседними позвонками расположен промежуточный межпозвоночный диск, то есть позвонки чередуются межпозвоночными дисками, образуя позвоночник. Специфическая структура и другие части позвоночника известны специалисту в данной области.

На Фиг. 1 схематично показан поперечный срез позвоночника 100 человека. Рядом с телом позвонка 15 позвоночника размещается межпозвоночный диск, включающий фиброзное кольцо 10 и пульпозное ядро 11. Пульпозное ядро 11 заполняет так называемое дисковое пространство межпозвоночного диска. Фиброзное кольцо 10 окружает пульпозное ядро 11 и определяет границу пульпозного ядра, а также дискового пространства.

Спинной мозг 17 расположен в центре позвоночника и рядом с межпозвоночным диском. Спинномозговые нервы 16, 16' выходят из спинного мозга 17 в противоположные стороны и близко к межпозвоночному диску.

Фасеточный сустав 14, 14' расположен между суставным нижним отростком 13,13' и суставным верхним отростком 12, 12'. По разные стороны спинного мозга 17 расположены, соответственно, два фасеточных сустава 14, 14',. Фасеточные суставы 14, 14' расположены приблизительно в том же поперечном срезе и плоскости.

На Фиг. 2 схематично показан сегмент позвоночника 200, включающий два соседних позвонка 20, 22. Первый позвонок 22 и второй позвонок 20 расположены по разные стороны межпозвоночного диска 21. Первый позвонок 22 расположен относительно ближе к грудной клетке, а второй позвонок 20 расположен относительно ближе к крестцовому отделу позвоночника. Каудальная концевая пластинка 23 первого позвонка 22 и краниальная концевая пластинка 25 второго позвонка 20 приведены на Фиг. 2. Краниальная концевая пластинка 25 и каудальная концевая пластинка 23 обращены в противоположные стороны от межпозвоночного диска 21.

На Фиг. 2 также схематично показано, что фасеточный сустав 24 расположен между суставным нижним отростком первого позвонка 22 и суставным верхним отростком второго позвонка 20. Поперечный отросток 26 простирается латерально от дуги позвонка.

На Фиг. 3 схематично показана нижняя часть позвоночника 300. Копчиковый позвонок 36 позвоночника расположен на концевой части нижней части позвоночника 300. Крестец 39 позвоночника расположен рядом с копчиковым позвонком 36, ближе к грудной клетке, чем копчиковый позвонок 36. Пятый поясничный позвонок, называемый здесь L5, 30 расположен рядом с крестцом 39, ближе к грудной клетке, чем к крестцу 39. В направлении от крестца 39 к грудной клетке расположены несколько позвонков в ряду, начиная с L5, 30. Рядом с пятым поясничным позвонком 30, т.е. L5, расположены следующие позвонки в таком порядке: четвертый поясничный позвонок 32, т.е. L4, третий поясничный позвонок, т.е. L3, второй поясничный позвонок, т.е. L2, и первый поясничный позвонок 38, т.е. L1; причем первый поясничный позвонок расположен относительно ближе всего к грудной клетке. Между каждыми двумя соседними позвонками расположен промежуточный диск 31. Межпозвоночные диски (не показаны) также имеются на копчиковых позвонках 36.

ПРИМЕРЫ

В дальнейшем более подробно будет описана методика индуцирования и оценки ускоренного превращения пульпозного ядра в соединительную ткань в межпозвоночном диске у свиньи путем введения композиции, которую применяют при лечении боли, связанной с межпозвоночным диском, содержащей молочную кислоту или ее фармацевтически приемлемую соль.

В данном примере композицию, которую применяют при лечении боли, связанной с межпозвоночным диском, содержащую молочную кислоту или ее фармацевтически приемлемую соль, вводят в пульпозное ядро межпозвоночного диска, расположенного между третьим поясничным позвонком L3 и четвертым поясничным позвонком L4. Специалист в данной области может легко понять, что аналогичная методика может применяться к любому межпозвоночному диску позвоночника.

Таким образом, стадии способа следующие:

100 - приготовление композиции, содержащей молочную кислоту или ее фармацевтически приемлемую соль;

101 - анестезирование свиньи, включая позвоночник, в том числе межпозвоночный диск, включая пульпозное ядро, в которое вводится композиция;

102 - обеспечение доступа к межпозвоночному диску через боковой разрез между самым низким ребром и подвздошным гребнем свиньи;

103 - разрезание (рассечение) межпозвоночного диска;

104 - введение, согласно изобретению, с помощью локальной инъекции композиции в пульпозное ядро, используя инъекционную иглу;

105 - обеспечение свободного перемещения свиньи в течение семи дней после выхода из наркоза;

106 - отсечение поясничного отдела позвоночника единым блоком, отсеченный сегмент, состоящий из тел позвонков и межпозвоночного диска, включающего пульпозное ядро, которое подвергалось действию инъекции, но без задних элементов (дуги позвонка и фасеточных суставов);

107 - измерение расстояния между поперечными отростками при положениях дисков L2-3, L3-4, L4-5 без применения какого-либо внешнего усилия;

108 - приложение внешнего усилия к сегменту позвоночника до достижения режима полного угла бокового сгибания для образца поясничного отдела позвоночника;

109 - измерение расстояния между поперечными отростками при положениях дисков L2-3, L3-4, L4-5 под полным углом бокового сгибания;

110 - осуществление поперечного среза дисков и измерение длины (переднезаднее направление) и ширины (билатеральное направление) дискового пространства.

Пример 1. Приготовление композиции, содержащей молочную кислоту

Чистый раствор молочной кислоты закупали у фирмы Sigma Aidrich (номер продукта: 69775 Fluka; CAS number: 50-21-5, Stockholm, Sweden). Как показано в таблице 2, молекулярный вес молочной кислоты составляет 90,08 г/моль и плотность чистого раствора от Sigma Aldrich составляла 1,209 г/мл,

i соответственно.

Концентрация молочной кислоты в чистом растворе от Sigma Aldrich соответственно была рассчитана и составляла 0,0134 моль/мл, что равнялось 13,4 моль/л.

Впоследствии чистый раствор молочной кислоты разбавляли в 10 раз с использованием дистиллированной воды при комнатной температуре. Более конкретно, 1 мл чистого раствора молочной кислоты от фирмы Sigma Aldrich разбавляли 9 мл дистиллированной воды. Полученная концентрация молочной кислоты в приготовленной композиции, таким образом, составляла 1,34 моль/л.

Пример 2. Введение композиции, содержащей молочную кислоту, в пульпозное ядро межпозвоночного диска у свиньи с помощью локальной инъекции

Двум свиньям давали наркоз и помещали на правый бок. Доступ к L4-5 межпозвоночному диску получали через боковой разрез между нижним ребром и подвздошным гребнем на левой стороне каждой свиньи. Впоследствии, L3-4 межпозвоночный диск надрезали скальпелем.

Композицию, содержащую молочную кислоту, вводили в виде инъекции с помощью шприца в пульпозное ядро L3-4 межпозвоночного диска. Композицию, содержащую молочную кислоту общей концентрации 1,34 моль/л, вводили в виде инъекции в количестве приблизительно 0,2 мл в пульпозное ядро, как показано в таблице 3. Композицию вводили в виде инъекции одномоментно при однократном введении.

Обе свиньи, по-видимому, хорошо переносили процедуру и не

обнаруживали побочной реакции, такой как сниженная двигательная активность или голосовая активность в течение 7 дней до момента отсечения. На этапе отсечения свиней убивали.

Пример 3. Оценка превращения пульпозного ядра в соединительную ткань в межпозвоночном диске при введении композиции, содержащей молочную кислоту

За местом инъекции наблюдали невооруженным глазом. Побочную реакцию на месте инъекции, такую как кровотечение, воспаление или некроз, не наблюдали ни у одной из свиней. Был удален сегмент позвоночника, простирающийся от поясничного позвонка L2 до крестцового позвонка S1. Удалялись фасеточные суставы, таким образом, обеспечивая полную гибкость дисков без ограничений другими структурами.

3а - Скованность при сгибании (флексионная скованность) межпозвоночного диска до и после введения композиции, соответственно

На Фиг. 4 показан сегмент позвоночника, включающий межпозвоночные диски 21, а именно межпозвоночные диски L2-3, L3-4 и L4-5.

Во время оценки скованности при сгибании (флексионной скованности) расстояние между каждым из соответствующих рядом расположенных поперечных отростков 26 позвоночника, т.е. сегмент позвоночника, простирающегося от поясничного позвонка L2 до крестцового позвонка S1, измерялось циркулями-штангенциркулями, когда сегмент позвоночника располагался в режиме без применения какой-либо внешней нагрузки.

Таким образом, после этого позвоночник, сегмент позвоночника, простирающийся от поясничного позвонка L2 до крестцового позвонка S1, вручную принуждали к режиму полного угла бокового сгибания путем применения внешней силы к каждой из двух концевых частей этой части позвоночника до обеспечения критического предела, т.е. до достижения режима полного угла сгибания. Движение поперечных отростков на приложенную силу схематически показано на Фиг. 4 стрелками с пунктирными линиями.

Критический предел определяли как место непосредственно перед точкой перелома сегмента позвоночника. Таким образом, внешняя сила применялась так, что максимальное боковое сгибание получали без разрушения (перелома) какой-либо части позвоночного сегмента.

Принималось, что сила должна быть одинакова для сегмента позвоночника у каждой из двух свиней. В положении полного угла бокового сгибания измеряли расстояние между соседними поперечными отростками для дисков L2-3, L3-4, L4-5 с помощью циркуль-штангенциркуля.

Расстояние между соседними поперечными отростками для определенного диска в режиме без внешней нагрузки вычитали из расстояния между теми же поперечными отростками в режиме с внешней нагрузкой, которую применяли для достижения режима полного угла бокового сгибания, обеспечивая, тем самым, значение сбалансированного расстояния, полученного с помощью полного угла бокового сгибания. Сбалансированная величина для межпозвоночного диска, в который вводили инъекцию, отражает скованность при сгибании межпозвоночного диска, который обработали композицией для применения при лечении боли, связанной с межпозвоночным диском, в сравнении с межпозвоночным диском, в который не вводили инъекцию.

Скованность при сгибании представляет собой косвенный показатель перерождения пульпозного ядра в соединительную ткань, чем меньше сбалансированная величина, тем скованнее межпозвоночный диск. Чем скованнее межпозвоночный диск, тем выше содержание твердой и плотной соединительной ткани. Следовательно, скованность при сгибании показывает, претерпевает ли пульпозное ядро превращение в соединительную ткань, т.е. имеет ли место ускоренное старение, или нет.

Измерения показывают, что диски (L3-4), в которые вводили инъекцию, имели гораздо меньшую сбалансированную величину, чем соседние диски (L2-3; L4-5), в которые не вводили инъекцию, что свидетельствует о более высокой скованности при сгибании диска, в который вводили инъекцию. Таким образом, ускоренное превращение пульпозного ядра в соединительную ткань имело место внутри дискового пространства диска, в который вводили инъекцию, в отличие от внутреннего дискового пространства дисков, в которые не вводили инъекции (см. таблицу 4).

3б - Размеры дискового пространства до и после введения композиции, соответственно

Проведены поперечные срезы межпозвоночных дисков (L2-3, L3-4, L4-5) и циркулями-штангенциркулями были измерены длина дискового пространства (переднезаднее направление) и ширина (билатеральное направление) дискового пространства.

На Фиг. 5 и 6 схематично показан межпозвоночный диск в поперечном срезе. Межпозвоночный диск включает фиброзное кольцо 10 и дисковое пространство, определенное фиброзным кольцом и включающее пульпозное ядро 11.

На Фиг. 5 стрелка схематично показывает, как измеряется длина переднезаднего направления дискового пространства межпозвоночного диска. На Фиг. 6 стрелка схематично показывает, как измеряется билатеральная ширина дискового пространства межпозвоночного диска.

Как видно из измерений, средняя переднезадняя длина дискового пространства была значительно ниже у дисков (L3-4), в которые вводили инъекцию, чем у соседних дисков (L2-3, L4-5), в которые не вводили инъекцию (см. таблицу 5).

Как видно из измерений, средняя билатеральная длина дискового пространства была значительно ниже у дисков (L3-4), в которые вводили инъекцию, чем у соседних дисков (L2-3, L4-5), в которые не вводили инъекцию (см. таблицу 6).

На Фиг. 7 показаны межпозвоночные диски L2-3, L-3-4 и L4-5, соответственно, одной из свиней в экспериментах, описанных выше. Ширина и глубина дискового пространства указана жирными прямыми линиями, соответствующими схематичным изображениям на Фиг. 5-6.

На фиг. 7 дополнительно показано, что дисковое пространство диска L3-4, в который вводили инъекцию, имело гораздо меньшую площадь поперечного среза, чем диски L2-3 и L4-5, в которые не вводили инъекцию, соответственно. Таким образом, невооруженным глазом можно было убедиться в том, что имело место новообразование соединительной ткани в прежнем дисковом пространстве, включающем пульпозное ядро в межпозвоночных дисках, в которые вводили инъекцию.

Вывод из экспериментов

Очевидно, что дисковое пространство в двух межпозвоночных дисках (L2-3) и (L4-5), в которые не вводили инъекцию, гораздо глубже и шире, чем в диске (L3-4), в который была введена композиция, содержащая молочную кислоту. По-видимому, прежнее дисковое пространство было заменено новообразованной соединительной тканью (выделено обесцвеченными, дополнительными линиями дугообразной конфигурации на Фиг. 7), так что фиброзное кольцо (сформированное кольцом соединительной ткани, которая, главным образом, состоит из коллагена) затрачивалось на возмещение пульпозного ядра, которое уменьшилось в размере.

Таким образом, достигается скованность при сгибании межпозвоночных дисков, в которые вводили инъекцию, и скованность может подавить боль, испытываемую пациентом, у которого боль связана с межпозвоночным диском. Преимущество такого подхода лечения боли, связанной с межпозвоночным диском, состоит в том, что лечение является менее инвазивным, чем нынешние методы лечения, например, в сравнении с современным способом лечения артродеза.

В примерах, описанных выше, межпозвоночный диск размещен в поясничном отделе позвоночника. Однако, ожидается, что аналогичный процесс должен наблюдаться в межпозвоночном диске, размещенном в шейном отделе позвоночника или в копчике.

Для определения влияния молочной кислоты на клеточном уровне, были проведены исследования на фибробластах, обычно присутствующих в соединительной ткани, например фиброзное кольцо, и клетках пульпозного ядра, обычно присутствующих в пульпозном ядре, соответственно. По мере того, как клетки трансформировались в ответ на лечение молочной кислотой, изучали продуцирование коллагена в клетках.

Изучение продуцирования коллагена в фибробластах при лечении молочной кислотой

Культура фибробластов кожи взрослого человека (human dermal fibroblasts, HDFa)

Культивировали и исследовали фибробласты кожи человека, изолированные от взрослой кожи, так называемые HDFa (Life Technologies Frederick, USA),. Клетки межпозвоночного диска зрелого человека были описаны как фиброзно-кистозные клетки (или фибробластоподобные клетки) во внешнем фиброзном кольце. Фибробласты являются наиболее распространенным типом клетки, найденной в соединительной ткани. Фибробласты могут естественным образом секретировать коллагеновые белки, которые используются для поддержания структурной основы для многих тканей, а также играют важную роль в заживлении ран.

Во-первых, криоконсервированные фибробласты размораживали на водяной бане при 37 °C. Затем размороженные фибробласты диспергировали с помощью 1 мл пипетки для перемещения суспензии размороженных фибробластов вверх и вниз во флаконе. Далее диспергированные фибробласты разбавляли раствором трипанового синего (Cat. No. 15250-061, Lot No. 1311086, Gibco Life Technologies), и концентрацию жизнеспособного фибробласта определяли с помощью гемоцитометра.

Диспергированные фибробласты затем снова разбавляли, на этот раз в среде с добавками 106 до концентрации 2,5 × 10⁴ жизнеспособных фибробластов на миллилитр. Далее 5 мл суспензии фибробластов прибавляли к колбе Т25 с клеточной культурой объемом 25 см³ для достижения исходной плотности 5,0 × 10³ жизнеспособных фибробластов на миллилитр в Т25 колбе с последующим разбавлением средой с добавками 106.

Среда с добавками 106 состояла из среды 106 (Cat. No. М-106-500, Life Technologies, Paisley, Great Britain), дополненной ростовой добавкой с низким содержанием сыворотки - LSGS (Low Serum Growth Supplement, Life Technologies, Paisley, Great Britain) при концентрации фетальной бычьей сыворотки в 2 объемных %.

Колбу Т25, содержащую приготовленные фибробласты, встряхивали, чтобы распределить фибробласты в среде. Впоследствии клеточную культуру инкубировали в термостате с клеточной культурой при 37 °C, 5% CO₂/95% увлажненного воздуха в течение 72 часов.

При конфлуентности фибробласты растворяли в среде с добавками, чтобы избежать перемен в фенотипе клетки.

Приготовление молочной кислоты

Молочную кислоту (Fluka 69775, Sigma-Aldrich, Stockholm, Sweden) взвешивали в стерильной 10 мл или 50 мл пробирке. Для получения основного раствора молочной кислоты прибавляли Milli-Q воду (>18,2 Ω). Основной раствор смешивали и хранили до приготовления конечных растворов молочной кислоты различных концентраций. Срок хранения был менее 1 часа при температуре окружающей среды, или же менее 24 часов при температуре 4 °C.

Влияние молочной кислоты на продуцирование коллагена в фибробластах кожи взрослого человека (HDFa)

Фибробласты, культивированные, как описано выше, освобождали из колбы с клеточной культурой и помещали на 6-луночный планшет при начальной плотности 6,0 × 10⁴ жизнеспособных клеток в лунке. Фибробласты выращивали в среде с добавками 106. Фибробласты в некоторых лунках также обрабатывали молочной кислотой (Fluka 69775, Sigma-Aldrich, Stockholm, Sweden) при различных концентрациях: 0, 0,5, 2, 5, 10, 20 и 50 мг/мл, соответственно. Фибробласты инкубировали в термостате с клеточной культурой при 37 °C, 5% CO₂/95% увлажненного воздуха в течение 48 часов.

Для изучения влияния молочной кислоты на продуцирование коллагена в фибробластах применяли спектрофотометрический метод, называемый анализом растворимого коллагена (Soluble Collagen Assay) (QuickZyme Biiosciences, Leiden, Netherlands), основанный на связывании красителя сириуса красного с коллагеном. Исследование проводили дважды.

Клеточную среду собирали из каждой ячейки и пипеткой отмеривали 140 мкл в 96-луночный планшет. Образцы отбирались дважды. Средние образцы тщательно смешивали с 60 мкл раствора красителя сириуса красного путем перемешивания в пипетке при движении вверх и вниз по меньшей мере пять раз. 96-луночный планшет центрифугировали при 3000 × g в течение 1 часа. Все эти стадии выполняли при температуре ниже 25 °C, например центрифугирование осуществляли при 4 °C.

Отцентрифугированные образцы промывали и супернатант удаляли. Клеточную массу повторно суспендировали в 150 мкл раствора для обнаружения путем тщательного перемешивания в пипетке при движении вверх и вниз по меньшей мере десять раз. После этого 100 мкл каждого образца переносили в новый 96-луночный планшет и содержание коллагена измеряли спектрофотометрически при оптической плотности 540 нм.

Из этих двух исследований, каждое проводилось дважды, было отчетливо показано, что прибавление молочной кислоты к фибробластам увеличивает среднее продуцирование коллагена в фибробластах, как показано в таблице 7 и на Фиг. 8. Среднее продуцирование измеряли после 2 дней обработки молочной кислотой.

На Фиг. 8 результаты первого этапа исследования представлены ромбами, в то время как результаты второго этапа исследования представлены квадратами. Была включена скользящая средняя линия общего направления с двумя периодами, чтобы схематически показать склонность к продуцированию коллагена для каждой части. Линия общего направления для первого этапа представлена пунктирной линией, а линия общего направления для второго этапа представлена штриховой линией, соответственно. Ось «x» показывает концентрацию молочной кислоты, прибавленной к лунке, содержащей фибробласты, а ось «y» показывает среднее количество продуцированного коллагена в этих лунках при измерении после двух дней с момента прибавления молочной кислоты в лунки.

В особенности увеличение продуцирования коллагена было значительным, когда прибавляли молочную кислоту при концентрации в лунке по меньшей мере 2 мг/мл, например, по меньшей мере 5 мг/мл,. Кроме того, было показано, что продуцирование коллагена увеличивалось с увеличением концентрации молочной кислоты вплоть до по меньшей мере 20 мг/мл или по меньшей мере 50 мг/мл, как также показано на Фиг. 8.

Поскольку среднее продуцирование коллагена коррелирует с количеством клеток, способных продуцировать коллаген, небольшая разница в среднем продуцировании коллагена между первым этапом и вторым этапом исследования может быть из-за естественного колебания в количестве клеток в исследуемых лунках.

Исследование продуцирования коллагена в клетках пульпозного ядра при обработке молочной кислотой

Культура клеток пульпозного ядра человека

Клетки пульпозного ядра (Nucleus pulposus, NP), выделенные из человеческого организма (4800, ScienCell, USA), культивировали и исследовали. NP клетки представляют собой клетки межпозвоночного диска в пульпозном ядре.

Во-первых, криоконсервированные NP клетки размораживали при температуре водяной бани 37 °C. Затем размороженные клетки NP суспендировали в среде клеток пульпозного ядра с добавками и далее засевали в колбу Т75 с клеточной культурой объемом 75 см³ и изнутри покрытой поли-L-лизином (0413, ScienCell, USA). Исходная плотность посева составляла 5,0 × 10³ жизнеспособных NP клеток на миллилитр.

Среда клеток пульпозного ядра с добавками состояла из среды клеток пульпозного ядра (4801, ScienCell, USA), дополненной 2 объемными % фетальной бычьей сыворотки (0010, ScienCell, USA), 1 X ростовой добавкой клеток пульпозного ядра (4852, ScienCell, USA) и 1 X раствором пенициллина/стрептомицина (0503, ScienCell, USA).

Колбу Т75, содержащую приготовленные клетки NP, встряхивали, чтобы распределить клетки NP в среде. Далее культуру клеток инкубировали в термостате с клеточной культурой при 37 °C, 5% CO₂/95% увлажненного воздуха в течение ночи.

При конфлуентности фибробласты растворяли в среде с добавками, чтобы избежать перемен в фенотипе клетки, пролиферации клеток и/или дифференцировки клеток.

Приготовление молочной кислоты

Молочную кислоту (PURAC PF 90, Batch No. 1406001940, Corbion Purac, the Netherlands) взвешивали в стерильной 10 мл или 50 мл пробирке. Для получения основного раствора молочной кислоты прибавляли Milli-Q воду (>18,2 Ω). Основной раствор смешивали и хранили до получения конечных растворов молочной кислоты различных концентраций. Срок хранения был менее 1 часа при температуре окружающей среды, или же, менее 24 часов при температуре 4 °C.

Влияние молочной кислоты на продуцирование коллагена в клетках пульпозного ядра человека

Клетки NP, культивированные, как описано выше, освобождали из колбы с клеточной культурой и помещали на 6-луночные планшеты при начальной плотности 4,5 × 10⁴ жизнеспособных клеток в лунке. Клетки NP выращивали в среде с добавками клеток пульпозного ядра. Клетки NP в некоторых лунках также обрабатывали молочной кислотой (PURAC PF 90, Batch No. 1406001940, Corbion Purac, the Netherlands) при различных концентрациях: 0, 0,5, 5, 10, 20 и 50 мг/мл, соответственно. Клетки NP инкубировали в термостате с клеточной культурой при 37 °C, 5% CO₂/95% увлажненного воздуха в течение 48 часов.

Для изучения влияния молочной кислоты на продуцирование коллагена в клетках NP применяли спектрофотометрический метод, называемый анализом растворимого коллагена (Soluble Collagen Assay) (QuickZyme Biiosciences, Leiden, Netherlands), основанный на связывании красителя сириуса красного с коллагеном.

Клеточную среду собирали из каждой ячейки и пипеткой отмеривали 140 мкл в 96-луночный планшет. Образцы отбирались трижды. Средние образцы тщательно смешивали с 60 мкл раствора красителя сириуса красного путем перемешивания в пипетке при движении вверх и вниз по меньшей мере пять раз. 96-луночный планшет центрифугировали при 1500 × g в течение 2 часов. Все эти стадии выполняли при температуре ниже 25 °C, например центрифугирование осуществляли при 4 °C.

Отцентрифугированные образцы промывали и супернатант удаляли. Клеточную массу повторно суспендировали в 150 мкл раствора для обнаружения путем тщательного перемешивания в пипетке при движении вверх и вниз по меньшей мере десять раз. После этого, 100 мкл каждого образца переносили в новый 96-луночный планшет и содержание коллагена измеряли спектрофотометрически при оптической плотности 540 нм.

Для того чтобы удовлетворить требованиям устройства для измерения, клетки разбавляли фосфатным буферным раствором (phosphate buffer solution, PBS) в соотношении 1:1.

Из этого исследования, проведенного трижды, было отчетливо показано, что прибавление молочной кислоты к клеткам NP увеличивает среднее продуцирование коллагена в клеткам NP, как показано в таблице 8 и на Фиг. 9. Среднее продуцирование измеряли после 2 дней обработки молочной кислотой.

На Фиг. 9 результаты исследования представлены ромбами. Была учтена скользящая средняя линия общего направления с двумя периодами, чтобы схематически показать склонность в продуцировании коллагена. Ось «x» показывает концентрацию молочной кислоты, прибавленной к лунке, содержащей клетки NP, и ось «y» показывает среднее количество продуцированного коллагена в этих лунках при измерении после двух дней с момента прибавления молочной кислоты в лунки.

В частности, увеличение продуцирования коллагена было значительным, когда молочную кислоту прибавляли при концентрации в лунке по меньшей мере 5 мг/мл. Кроме того, было показано, что продуцирование коллагена увеличивалось с увеличением концентрации молочной кислоты вплоть до по меньшей мере 10 мг/мл - 20 мг/мл, когда достигали горизонтального участка, как также показано на Фиг. 9.

Снижение продуцирования коллагена при 50 мг/мл интерпретируется таким образом, что обработка молочной кислотой при такой высокой концентрации может иметь цитотоксические эффекты, вызывая гибель клеток.

Заключение

Изобретатели полагают, что в соответствии с конкретными примерами осуществления данного изобретения, можно будет лечить боль, связанную с межпозвоночным диском, также у людей.

Ожидаемое превращение межпозвоночного диска, в который вводили инъекцию вещества, такого как молочная кислота или ее фармацевтически приемлемая соль, в соединительную ткань может наблюдаться in vivo. Как правило, процедуру следует проводить под наркозом или под воздействием легких седативных препаратов и путем привлечения радиологического контроля. Таким образом, лечебная процедура должна быть аналогичной радиологическому обследованию межпозвоночного диска, называемому дискографией, когда контрастное вещество вводится в виде инъекции в межпозвоночный диск под радиологическим контролем.

Другие вещества, способные вызвать ускоренную дегенерацию межпозвоночного диска, также могут рассматриваться в качестве заменителей и/или альтернатив молочной кислоте или ее фармацевтически приемлемой соли.